甘肅北山志留紀花崗巖的厘定及其構(gòu)造意義*

王紅杰 郭 峰 趙海波 劉 佳 王偉紅3

（1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，2.自然資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室；3.西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心）

北山地區(qū)是中亞造山帶的重要組成部分，且位于3 大板塊的過渡部位，北臨西伯利亞板塊南緣，南屬塔里木—中朝板塊北緣，西有哈薩克斯坦板塊嵌入，大地構(gòu)造位置十分特殊［1-3］，區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育古生代不同期次的花崗巖類侵入巖體，且類型眾多，這些巖漿巖為揭示甘肅北山造山帶構(gòu)造演化提供了重要信息。近年來北山古生代盆山演化一直是眾多學者的研究熱點，產(chǎn)生的主要爭議是北山造山帶造山結(jié)束時間是在志留紀還是泥盆紀，古亞洲洋在北山地區(qū)何時消亡及洋盆中央位置［4-15］所在。

本研究依托區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，在北山造山帶明水—旱山地塊原劃震旦紀侵入巖中厘定出了志留紀侵入巖，這對討論北山造山帶古生代盆山演化和古亞洲洋在北山地區(qū)古生代的重建都具有重大意義。

1 地質(zhì)背景

明水—旱山地塊是由太古宙結(jié)晶巖系和中元古代變質(zhì)巖系組成，古生代受剝蝕作用和沉積作用，古生代為基本為一微陸塊，在華力西期造山運用中被卷入，之后局部發(fā)生裂谷作用，形成了二疊紀裂谷沉積，晚期形成坳陷盆地，形成中生代—新生代陸內(nèi)盆地沉積。

明水—旱山地塊結(jié)晶基底主體為一套中深變質(zhì)體，巖性有片麻巖、斜長角閃巖、大理巖、片巖、石英巖等，筆者在夏爾陶勒東部厘定出一套志留紀侵入巖，呈不規(guī)則狀出露，巖體普遍具有弱片麻巖化，巖性以片麻狀花崗閃長巖、片麻狀二長花崗巖和片麻狀正長花崗巖為主，1∶25 萬馬鬃山幅地質(zhì)圖將其劃為震旦紀侵入巖，通過詳細的野外調(diào)查和室內(nèi)研究將其厘定為變質(zhì)變形侵入體，稱為夏爾陶勒巖體（圖1）。

2 巖石學特征

夏爾陶勒巖體出露在馬鬃山鎮(zhèn)夏爾陶勒東，以往一直被認為屬于前寒武變質(zhì)基底，巖石由于受到變質(zhì)作用影響，多表現(xiàn)出片麻巖的外貌（圖2），這是在以往工作中被認為屬前寒武變質(zhì)基底的一個重要原因，前人認為其時代是震旦紀（1：25 萬馬鬃山幅Rb—Sr測年為727±50 Ma）［17］，測得其中的片麻狀花崗閃長巖鋯石U—Pb 年齡為443.1 ±9.2 Ma（另文發(fā)表），屬早志留世侵入體。本次研究在前人所劃震旦紀侵入巖中解體出一套片麻狀侵入巖，巖性以片麻狀花崗閃長巖、片麻狀二長花崗巖和片麻狀正長花崗巖為主。

夏爾陶勒巖石為灰色，細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。①主要礦物成分及含量為鉀長石62%，斜長石15%，石英20%，黑云母3%。②不透明礦物微量，鉀長石表面相對干凈，粒狀、碎粒狀，粒徑大小0.02～0.2 mm，多可見與石英交生呈條紋狀，干涉色一級灰白；斜長石表面絹云母化而略混濁，粒狀、長粒狀、碎斑狀、碎粒狀，粒徑大小為0.02～0.50 mm，部分聚片雙晶，干涉色一級灰白，具斑點狀消光；石英晶面干凈，大多數(shù)為拉長粒狀，粒徑大小為0.02～0.14 mm，干涉色一級灰白；黑云母呈鱗片狀，粒徑大小為0.01～0.06 mm，褐綠色強多色性、吸收性，沿邊緣及1組節(jié)理析出大量鐵質(zhì)。③巖石主要由鉀長石、斜長石、石英及少量暗色礦物黑云母組成，粒徑多為細粒級，且其中碎?；F(xiàn)象較強，整體有片麻狀構(gòu)造特征，推測在區(qū)域變質(zhì)作用之前，經(jīng)歷了一定的脆性變形作用，整體碎?；?，局部碎裂狀特征（圖3）。

3 年代學特征

對夏爾陶勒巖體中的片麻狀二長花崗巖（樣號為PM006-50TW）進行鋯石U—Pb測年，鋯石測年在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成。鋯石的陰極發(fā)光圖像（圖4）顯示，樣品多呈自形柱狀，多可見有清晰的振蕩環(huán)帶，表明巖漿成因，鋯石同時具有變質(zhì)增生邊，反映了巖石受到一定變質(zhì)作用。共測試了25 顆鋯石，其中8 顆鋯石諧和度為0.9～1.1之外，17 個有效點諧和度較高且年齡集中（圖5），U含量為178.33×10-6～5 369.24×10-6，Th 含量91.94×10-6～5 569.75×10-6，Th/U 比值0.15～2.21，均大于0.1，鋯石206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值為437.3 ±9.8 Ma（n=17，MSWD=2.4）（圖6），為早志留世。

4 巖石地球化學特征

對夏爾陶勒巖體中的片麻狀二長花崗巖，采集新鮮的5 件樣品進行巖石地球化學分析。可知巖石具有高SiO2（71.2%～72.67%）、富Al2O3（13.27%～15.63%）特征，在SiO2—K2O 圖解（圖7）中可以看出，樣品表現(xiàn)出鈣堿性—高鉀鈣堿性系列特征，A/CNK（1.04～1.33），在A/CNK—A/NK 圖解（圖8）中，均投在過鋁質(zhì)區(qū)域。Mg#指數(shù)為普遍較低（0.17～0.26）。

樣品δEu（0.52～0.58）小于1，具有明顯的Eu 負異常，輕重稀土分餾明顯，（La/Sm）N值（3.71～3.98）均大于1，LREE 富集。從微量元素原始地幔標準化結(jié)果中可知，樣品表現(xiàn)出右傾形態(tài)，明顯富集Rb、Th，Nb、Sr、Ti虧損。

5 討論

5.1 形成時代

1∶20 萬牛圈子幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告將夏爾陶勒巖體劃分為志留系勒巴泉組，1∶25 萬馬鬃山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查通過對二長花崗質(zhì)糜棱巖進行Rb—Sr 測年，測年結(jié)果為727±50 Ma，認為其屬于震旦紀侵入巖。本次研究對前人所劃震旦紀侵入巖中的片麻狀二長花崗巖進行鋯石U—Pb測年，其206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值為437.3±9.8 Ma，另外對原1：25 萬地質(zhì)圖所劃敦煌巖群中解體出的片麻狀花崗閃長巖進行鋯石U—Pb 測年，206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值為443.1±9.2 Ma。綜上，認為夏爾陶勒侵入巖體中的片麻狀二長花崗巖成巖時代為早志留世（437.3±9.8 Ma）。

5.2 巖石類型及源區(qū)

花崗巖成因類型通常分為I、S、A 和M 型，夏爾陶勒片麻狀花崗閃長巖具有高硅、高鋁、低鎂、鈣堿性—高鉀鈣堿性系列特征，樣品均非過堿性，不同于A型花崗巖［21］，在Na2O—K2O圖解（圖9）中，樣品均表現(xiàn)為I 型花崗巖特征，在ACF 圖解（圖10）中，片麻狀花崗閃長巖樣品同樣落入I 型花崗巖區(qū)域。樣品的Mg含量較低，說明原始巖漿存在一定分異作用，稀土元素中Eu負異常明顯，說明在巖漿分離結(jié)晶過程中，斜長石的大量晶出將導致殘余熔體中形成明顯負異常［22］。

綜上推斷，夏爾陶勒片麻狀二長花崗巖為I 型花崗巖，其原始巖漿經(jīng)歷了一定的結(jié)晶分異作用。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

北山地區(qū)位于西伯利亞板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊3大板塊接觸部位，大地構(gòu)造位置十分特殊，研究區(qū)北部為紅石山蛇綠巖帶，南部為紅柳河—洗腸井—牛圈子蛇綠巖帶，區(qū)域內(nèi)既發(fā)育有前寒武大陸基底，也有板塊俯沖造山作用形成的大量花崗巖，但對北山地區(qū)古生代早期的構(gòu)造環(huán)境目前仍存在較多爭議［4-15］，夏爾陶勒片麻狀二長花崗巖作為明水—旱山古老地塊中的侵入體，巖石類型為I 型花崗巖，具有高硅、過鋁、鈣堿性—高鉀鈣堿性系列特征，富集Rb、Th，虧損Nb、Sr、Ti。Hf-Rb/10—Ta×3三角形圖解（圖11）可以區(qū)分大洋底花崗巖、火山弧花崗巖和板內(nèi)花崗巖，樣品落入火山弧花崗巖和碰撞大地構(gòu)造背景花崗巖重疊區(qū)域。RI—R2構(gòu)造判別圖不僅可以看出花崗巖板塊構(gòu)造環(huán)境，而且可以看出造山旋回過程中花崗巖堿度變化和板塊碰撞不同階段特征，受到廣大學者廣泛使用，在夏爾陶勒片麻狀二長花崗巖R1—R2 構(gòu)造判別圖（圖12）中，樣品均落入同碰撞區(qū)域。

在Rb—（Yb+Ta）圖解（圖13）中，樣品同樣表現(xiàn)為同碰撞特征，與R1—R2 圖解特征一致。綜上認為，研究區(qū)在北山造山帶在早志留世仍處在碰撞造山階段。

6 結(jié)論

（1）夏爾陶勒地區(qū)發(fā)育有大量淺變質(zhì)侵入體，其巖性主要為片麻狀花崗閃長巖、片麻狀二長花崗巖等，片麻狀二長花崗巖形成時間為443.1±9.2 Ma，為早志留世。

（2）夏爾陶勒片麻狀二長花崗巖類型為I 型花崗巖，其原始巖漿經(jīng)歷了一定的結(jié)晶分異作用，它的形成與北山造山帶早古生代造山運動有關(guān)，北山造山帶在早志留世處在同碰撞階段。